устройство для инициирования взрывателя перфоратора

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ВЗРЫВАТЕЛЯ ПЕРФОРАТОРА, включающее полый корпус с отверстиями на боковой поверхности и элементами для связи со скважинным оборудованием и перфоратором, полый шток, размещенный соосно с корпусом в его полости, ударную штангу, зафиксированную в транспортном положении узлом фиксации относительно полого штока, и чувствительный к перепаду давления узел, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности его в работе за счет обеспечения возможности его использования совместно с пластоиспытателем при одновременном повышении надежности его в работе, чувствительный к перепаду давления узел выполнен в виде кольцевого уравновешенного поршня, размещенного в полости между полым штоком и полым корпусом, подвижно уплотненного относительно полого штока и полого корпуса и выполненного с размещенным со стороны элементов для связи с перфоратором цанговым фиксатором, установленным с возможностью взаимодействия в транспортном положении с кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности полого штока, при этом последний выполнен с окнами для размещения узла фиксации, а узел фиксации выполнен в виде подпружиненных относительно наружной поверхности полого штока защелок, которые в транспортном положении сжаты к оси полого штока кольцевым уравновешенным поршнем, причем полость между кольцевым уравновешенным поршнем и элементами для связи с перфоратором гидравлически соединена с отверстиями на боковой поверхности корпуса, а полость с противоположной стороны кольцевого уравновешенного поршня гидравлически связана с полостью полого штока.

Описание изобретения к патенту

Изобpетение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах, и предназначено для осуществления технологии по схеме вскрытие-испытание.

В последние годы все большее применение в практике промысловых работ находит технологию испытания перспективных горизонтов под депрессией с применением пластоиспытательного оборудования на трубах. Такая технология по схеме вскрытие-испытание позволяет вызывать приток и испытывать пласт, практически исключая контакт с промывочной жидкостью скважины, в результате чего повышается достоверность результатов испытания. Для практического осуществления такой технологии в компоновку пластоиспытательного оборудования добавляется блок перфораторов с запальной головкой (детонатором), которые устанавливаются под пакерующим устройством сразу после фильтра. Определенные трудности в осуществлении такой технологии заключаются в приведении в действие перфоратора в нужный момент времени.

Известно устройство для приведения в действие перфоратора, в котором запальная головка перфоратора (детонатор) приводится за счет кинетической энергии удара штанги, сбрасываемой с устья скважины внутрь колонны труб. В компоновке скважинного оборудования установлен пакер, фильтр и перфоратор [1]

Недостатком указанного устройства является его ограниченное применение в компоновке с испытателями пластов, клапанная система которых перекрывает осевой канал трубного пространства. Исключение составляют полнопроходные прямоточные пластоиспытатели с шаровым клапаном.

Полностью исключается применение указанного устройства в пластоиспытательном оборудовании с дистанционной передачей информации на поверхность, так как осевой канал в колонне труб в этом случае перекрыт каротажным кабелем.

Для преодоления указанных недостатков для приведения в действие перфоратора наиболее подходят устройства, воздействующие на перфоратор, например, путем изменения давления жидкости, заполняющей колонну труб и затрубное пространство.

Оптимальным является такое устройство, которое приводит в действие перфоратор за счет перепада давления, возникающего в момент открытия клапана пластоиспытателя, под пакером и над пакером, т.е. разности давлений между давлением в затрубном пространстве скважины и давлением депрессии на пласт.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее полый корпус с отверстиями на боковой поверхности и элементами для связи со скважинным оборудованием и перфоратором, полый шток, размещенный соосно корпусу в его полости, ударную штангу, зафиксированную в транспортном положении узлом фиксации относительно полого штока, и чувствительный к перепаду давления узел [2]

К недостаткам устройства при его работе в компоновке с испытателем пластов относится способ приведения его в действие путем создания давления в трубах.

В практике пластоиспытания большинство таких случаев, когда часть внутренней полости колонны труб жидкостью не заполняются. В таких случаях, при необходимости создания давления в трубах в последние закачивают газообразный агент под давлением, для чего требуется специальное дополнительное оборудование и значительное задалживание времени на проведение этой работы.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения возможности его использования совместно с пластоиспытателем при одновременном повышении надежности его работы.

Цель достигается тем, что устройство, включающее полый корпус с отверстиями на боковой поверхности и элементами для связи со скважинным оборудованием и перфоратором, полый шток, размещенный соосно корпусу в его полости, ударную штангу, зафиксированную в транспортном положении узлом фиксации относительно полого штока, и чувствительный к перепаду давления узел, усовершенствован тем, что чувствительный к перепаду давления узел выполнен в виде кольцевого уравновешенного поршня, размещенного в полости между полым штоком и полым корпусом подвижно уплотненного относительно полого штока и полого корпуса и выполненного с размещенным со стороны элементов для связи с перфоратором цанговым фиксатором, установленным с возможностью взаимодействия в транспортном положении с кольцевой проточкой, при этом последний выполнен в виде подпружиненных относительно наружной поверхности полого штока защелок, которые в транспортном положении сжаты к оси полого штока кольцевым уравновешенным поршнем, причем полость между кольцевым уравновешенным поршнем и элементами для связи с перфоратором гидравлически соединена с отверстиями на боковой поверхности корпуса, а полость с противоположной стороны кольцевого уравновешенного поршня гидравлически связана с полостью полого штока.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что оно дополнительно снабжено механизмом, чувствительным к перепаду давления, возникающего в скважине в процессе испытания объекта, и не требует создания дополнительного давления в трубах или затрубном пространстве скважины.

На фиг.1 показано устройство, разрез, в исходном состоянии; на фиг.2 то же, после срабатывания; на фиг.3 схема компоновки оборудования в скважине; на фиг.4 сечение А-А фиг.1; на фиг.5 защелка.

Устройство для инициирования взрывателя перфоратора (фиг.1) содержит цилиндрический полый корпус 1 с отверстиями 2 на боковой поверхности и элементами 3 и 4 для связи со скважинным оборудованием и перфоратором.

Элемент 3 для связи со скважинным оборудованием выполнен в виде переводника с конической резьбой 5, с каналом 6, с резьбой и расточкой 7 в нижней части. На элементе 3 выполнена резьба 8 для крепления к корпусу 1.

Элемент 4 для связи с перфоратором выполнен в виде переводника 9, закрепленного на резьбе к корпусу 1, с конической резьбой для крепления к присоединительной муфте 10.

К элементу 3 на резьбе закреплен полый шток 11, размещенный соосно корпусу 1 в его полости. Полый шток 11 имеет канал 12 и выполнен с окнами 13 для размещения узла 14 фиксации. Ниже окон 13 выполнены кольцевой выступ с четырьмя отверстиями 15 и конусная поверхность 16 с кольцевой проточкой 17, выполненной на наружной поверхности полого штока 11. Полый шток 11 нижним концом герметично установлен в элементе 4 для связи с перфоратором. Узел 14 фиксации выполнен в виде подпружиненных относительно наружной поверхности полого штока 11 защелок 18 с И-образной головкой 19, углублением 20 пластинчатой пружиной 21. Защелки 18 в транспортном положении сжаты к оси полого штока чувствительным к перепаду давления узлом, выполненным в виде кольцевого уравновешенного поршня 22 и размещенным в полости между полым штоком 11 и полым корпусом 1, подвижно уплотненным уплотнениями 23 относительно полого штока и полого корпуса. Поршень 22 в верхней части выполнен с кольцевым выступом 24, который охватывает головки 19 защелок 18 (фиг.1), а со стороны элементов для связи с перфоратором выполнен с фиксатором 25, установленным с возможностью взаимодействия в транспортном положении с кольцевой проточкой 17, выполненной на наружной поверхности полого штока 11.

Причем полость между кольцевым уравновешенным поршнем 22 и элементами для связи с перфоратором гидравлически соединена с отверстиями 2 на боковой поверхности корпуса 1, а полость с противоположной стороны кольцевого уравновешенного поршня 22 гидравлически связана с каналом 12 полого штока 11 отверстиями 15.

Кольцевой выступ 24 поршня 22 удерживает защелки 18 в таком положении, что головки 19 выступают в канал 12 штока 11 и фиксируют в транспортном положении ударную штангу 26 узлом 14 фиксации относительно полого штока 11.

Ударная штанга 26 выполнена в виде цилиндрического металлического стержня с шейкой 27.

Устройство входит в компоновку пластоиспытательного оборудования (фиг. 3), где 28 бурильные трубы, 29 переводник, 30 испытатель, 31 пакер, 32 фильтр, 33 блок перфораторов, 34 детонатор.

Оборудование показано в обсаженной скважине колонной 35 с объектом 36 испытания.

Подготовка устройства к спуску в скважину.

Непосредственно перед спуском устройства в скважину необходимо снять полый корпус 1 вместе с переводником 9. Сместить кольцевой поршень 22 вверх так, чтобы его кольцевой выступ 24 стал против проточек защелок 18, после чего они под действием пружин займут положение, как это показано на фиг.2, т. е. их головки 19 за счет радиального расхождения освободят полнопроходной осевой канал 12 в пределах его диаметра. После этого в осевой канал 12 штока 11 вкладывается ударная штанга 26 так, чтобы ее проточка в верхней части совпала с окнами 13 в штоке 11, где расположены головки 19 защелок 18. Затем специальным приспособлением (кольцевой хомут) защелки 18 сжимаются до соприкосновения с наружной поверхностью штока 11. При этом головки 19 защелок 18, двигаясь через окна 13 в штоке 11, входят в осевой канал 12 штока 11 и захватывают ударную штангу 26 за ее шейку 27 в верхней части (фиг.1).

Далее кольцевой поршень 22 смещается вниз до тех пор, пока выступы цангового фиксатора 25 войдут в кольцевую проточку 17, при этом кольцевой выступ 24 поршня 22 установится против поверхности 37 защелок 18. После этого приспособление (кольцевой хомут) с защелок 18 снимают, они остаются фиксированными кольцевым выступом 24 против радиального расхождения. Далее полый корпус 1 с переводником 9 навинчивается на элемент 3. Устpойство готово к спуску в скважину. Спуск оборудования в скважину производят в следующем порядке: вначале спускается блок 33 перфораторов с детонатором 34 (фиг.3), затем фильтр 32, пакер 31 с якорем для опоры на стенки колонны 35 (опора на забой через блок перфораторов не допускается), далее устройство к перфоратору, испытатель 30 пластов с нормально закрытым впускным клапаном (пластоиспытатель, в котором во время спуска в скважину осевой канал перекрыт клапаном). В результате чего полость под испытателем, пакером отсечена от внутритрубной полости, затем переводник 29 и далее колонна НКТ или бурильных труб 28 до заданной глубины.

Перед спуском устройства в скважину все его элементы приводят в состояние, как показано на фиг.1.

Затем устройство свинчивается с компоновкой пластоиспытательного оборудования так, чтобы оно располагалось выше пакерующего устройства, но ниже пластоиспытателя (фиг. 3). В таком положении оборудование спускается в скважину.

В момент спуска оборудования в скважину переток жидкости из-под пакерного пространства в затрубное над пакером происходит через осевой канал в компоновках пластоиспытательного оборудования, через осевой канал 12 устройства к перфоратору (точнее через кольцевой зазор, образованный между ударной штангой 26 и внутренним диаметром полого штока 11 (фиг.1), далее через уравнительный клапан пластоиспытателя. Поскольку затрубное пространство скважины сообщается с осевым каналом 12 устройства к перфоратору, гидравлическое давление в полостях над кольцевым поршнем 22 и под ним одинаково, так как эти полости сообщаются соответственно через радиальные отверстия 2 и 15, поэтому поршень 22 остается уравновешенным.

Однако это условие выполнимо при очень медленном спуске оборудования в скважину. В практике спуск оборудования осуществляется гораздо быстрее со скоростью, которая может колебаться в значительных пределах. Кроме того, в случае посадки инструмента (например, при переходе из обсадной колонны большего диаметра в колонну меньшего диаметра) необходим подъем инструмента на некоторую величину. Отмеченные особенности спуско-подъема инструмента, как показывают расчеты, вызывают возникновение перепада давления между давлением в осевом канале компоновок пластоиспытательного оборудования и затрубным пространством скважины. Величина этого перепада может достигать 15-20% от ожидаемого перепада давления при испытании объекта (т.е. 15-20% от депрессии на пласт).

В целях того, чтобы при возникновении указанного перепада не произошло смещения кольцевого поршня 22 в корпусе 1 вверх или вниз, предназначен цанговый фиксатор 25, выступы которого взаимодействуют с кольцевой проточкой 17 на полом штоке 11. Усилие фиксации выбирается из расчета, чтобы кольцевой поршень 22 не смещался при величине перепада 45-50% от расчетной депрессии на пласт. Это обеспечивает надежную фиксацию кольцевого поршня 22 от пиковых перепадов давления во всех режимах спуско-подъема пластоиспытательного оборудования в скважине и исключает риск срабатывания устройства. После спуска оборудования на заданную глубину производится установка опор пакера 31 на стенки обсадной колонны 35, пакеровка путем передачи части веса колонны труб, открытие приемного клапана пластоиспытателя.

В момент открытия приемного клапана пластоиспытателя подпакерная полость скважины сообщается с внутритрубной, в результате чего под пакером 31 возникает перепад (депрессия), т.е. давление в трубах и осевом канале пластоиспытательного оборудования резко снижается в сравнении с гидростатическим давлением в затрубном пространстве скважины. В результате этого в полости под кольцевым поршнем 22, которая сообщается через отверстия 2 с затрубным пространством скважины, действует гидростатическое давление, а в полости над кольцевым поршнем 22 действует внутритрубное, так как она сообщается через отверстия 15 в полом штоке 11. Поскольку эта разность давлений соответствует 100% депрессии на пласт, кольцевой поршень 22 срывает цанговый фиксатор 25 и резко перемещается вверх по штоку 11 до кольцевого выступа 24. Буртики защелок 18 сходят с кольцевого выступа 24 и попадают в расточку кольцевого поршня 22. Под действием пружин 21 и веса ударной штанги 26 выступы 19 защелок 18 освобождают осевой канал 12 полого штока 11 и отпускают ударную штангу 26 для свободного падения по осевому каналу 12 и далее по осевому каналу компоновок пластоиспытательного оборудования, достигнув головки блока 33 перфораторов, штанга 26 ударяется о головку и приводит перфораторы в действие. Устройство приходит в состояние, как показано на фиг.2.

В этом положении защелки 18 полностью освобождают осевой полнопроходной канал 12, что немаловажно для последующих геофизических исследований в скважине до подъема оборудования из скважины. В положении элементов (фиг.2) устройство вместе с пластоиспытательным оборудованием поднимают на поверхность для последующего многократного использования.

Экономический эффект от применения предлагаемого устройства входит в комплексный эффект от повышения долговечности результатов испытания за счет применения технологии вскрытие-испытание.